JP2011117078A - スパッタリング用の非接着式回転ターゲット - Google Patents

Abstract

【課題】大幅なコスト増につながるターゲットアセンブリの損傷に起因する交換とパフォーマンスの低下に関して改良されたターゲットアセンブリを提供する。
【解決手段】スパッタリング用の回転ターゲットは、外面を有するターゲットバッキングチューブ２０５と、ターゲットバッキングチューブ２０５の外面と接触しており、かつ電気伝導性であり非熱伝導性であるバッキング層と、ターゲットバッキングチューブ２０５の周囲に位置しており、かつバッキング層と接触している複数のターゲット円筒体と、を含んでいる。
【選択図】図４

Description

本発明は、スパッタリングのシステム及び方法に関する。詳細には、本発明は、スパッタリングに有用な非接着式（ｎｏｎ−ｂｏｎｄｅｄ）回転ターゲットに関するが、これに限定されない。

ガラスは、窓ガラス、自動車のガラス、ディスプレイ、テレビ又はコンピュータのモニターのブラウン管などの幅広い用途において、他に置き換わる材料がない。ガラスは、独特な組み合わせの特性を持ち、すなわち、透明であり、寸法的及び化学的に安定であり、耐掻傷性が高く、無公害性であり、環境的に有利である。それでもなお、ガラスは、特にその光学特性と熱特性を改良することができる。

真空成膜（ｖａｃｕｕｍ ｃｏａｔｉｎｇ）は、要求の厳しい用途の特殊な必要条件を満たすように、ガラスの表面及びその他の表面を適合させるときに選択する技術である。この真空成膜では、広い基板上に極めて薄い均一な膜を付着させることができる。また、真空成膜技術は、現在の成膜技術のうちコンタミネーションが最小である。真空成膜は、プラスチックや金属など、ガラス以外の材料をコーティングする目的にも使用することができる。

一般的な真空成膜システムでは、回転マグネトロンからの導電性の誘電材料を、ガラス、プラスチック、又は金属などの基板上にスパッタリングする。直流電流（ＤＣ）によって駆動される回転マグネトロンは、数年前から公知である。最近、高圧交流電流（ＡＣ）によって駆動されるマグネトロンが紹介された。ＡＣシステムは有利であるが、信頼性とコストに関する問題がある。

回転マグネトロンの一つの問題は、スパッタリングする材料を含んでいるターゲットアセンブリに関連する。用途によっては、ターゲットアセンブリはいくつかの異なる材料から成ることがある。これらの材料は、それぞれ挙動が大きく異なる。問題点として、ターゲットアセンブリに割れが生じると、たとえ大量のスパッタリング材料が上に残っていても、多くの場合にそのアセンブリを交換しなければならない。また、特定のターゲットアセンブリでは、上にノジュール（ｎｏｄｕｌｅ）が形成されることがあり、この場合にも、早期の交換を強いられる。

ターゲットアセンブリの損傷に起因する早期交換とパフォーマンスの低下は、製造業者と消費者にとって大幅なコスト増につながる。現在のターゲット及びターゲットアセンブリは実用的ではあるが、改良することができる。

図面に示した本発明の模範的な実施形態について、以下に要約する。「詳細な説明」の欄には、これらの実施形態とそれ以外の実施形態をより詳細に説明してある。しかしながら、本発明は、「発明の概要」又は「詳細な説明」の欄に説明した形式に限定されないことを理解する必要がある。当業者には、請求項に記載されている本発明の精神及び範囲に含まれる、膨大な変更形態、同等形態、及び代替構造が存在することを認識できるであろう。

一つの模範的な実施形態においては、本発明は、回転スパッタリングターゲットを含むことができる。このターゲットは、外面を有するターゲットバッキング（ｂａｃｋｉｎｇ）チューブと、ターゲットバッキングチューブの外面と接触しているバッキング層であって、電気伝導性でありかつ非熱伝導性である、バッキング層と、ターゲットバッキングチューブの周囲に位置しておりかつバッキング層と接触している、複数のターゲット円筒体と、を含んでいる。

添付の図面と併せて、以下の「詳細な説明」と添付の特許第請求の範囲とを参照することによって、本発明の様々な目的及び利点が明らかになり、本発明が容易に完全に理解されるであろう。

先行技術の片側支持型の回転マグネトロンシステムの図である。 先行技術の両側支持型の回転マグネトロンシステムの図である。 先行技術の回転マグネトロンシステムのブロック図である。 本発明の一つの実施形態によって構築されているターゲットのブロック図である。 ターゲットアセンブリの断面図である。 別のターゲットアセンブリの断面図である。 更に別のターゲットアセンブリの断面図である。

次に、図面を参照する。いくつかの図面を通じて、同一・相当要素は、同一・相当の参照数字によって示してある。図１は、先行技術の片側支持型（ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒｅｄ）の回転マグネトロンシステム１００を示している。このシステム１００は、駆動システム１１０によって駆動される回転デュアル円筒ターゲットアセンブリ１０５を含んでいる。チューブ１０５はターゲット材料によってコーティングされており、このターゲット材料は、真空チャンバ１１５の内側に形成されるプラズマを使用してスパッタリングされる。スパッタリングされるターゲット材料は、基板１２０に堆積される。

プラズマは、ガスを励起することによって真空チャンバ１１５の内側に形成され、このガスは、入口１２５から真空チャンバ１１５に入り、出口１３０から除去される。スパッタリング効果は、ターゲットアセンブリ１０５の内側に取り付けられている固定磁石システム１３５を使用して集中させる。一つの代表的なシステムは、日本の特開平６−１７２４７号公報（「Ｈａｒａｎｏｕ」）、「Ｈｉｇｈ−ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ−ｃｕｒｒｅｎｔ ｍａｇｎｅｔｒｏｎ ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ（高効率交流マグネトロンスパッタリング装置）」（譲受人：旭硝子株式会社）に説明されている。

次に図２を参照する。図２は、先行技術の両側支持型（ｄｕａｌ−ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ）の回転マグネトロンシステム１４０の図である。このシステムは、真空チャンバ１１５と、ガス入口１２５と、ガス出口１３０と、駆動システム１１０と、電力システム（図示していない）と、ターゲット材料によってコーティングされている二つのターゲットアセンブリ１０５とを含んでいる。ターゲット材料は、基板駆動モーター１４５によって真空チャンバの中を動かされる基板１２０にスパッタリングされる。

次に図３を参照すると、図３は、先行技術の回転マグネトロンシステム１５０のブロック図である。このシステムは、軸１６０に結合されているターゲットアセンブリ１５５を含んでいる。軸１６０は、軸受・シールアセンブリ１６５と、電力結合部（ｐｏｗｅｒ ｃｏｕｐｌｉｎｇ）と、回転駆動部１７５とに結合されている。軸１６０は、水供給部１８０にも結合されており、これにより、軸１６０によって水を送り込み、この水を使用して軸受−シールアセンブリ１６５とターゲットチューブ１５５とを伝導的に冷却することができる。特定のシステムにおいては、軸受１８５とシール１８７を冷却するのに水で十分であるが、高出力システムにおいては不十分なことがある。このような高出力システムにおいては、軸受１８５は、過熱して潤滑性を失い、焼きつくことがある。

シール１８７は、外部と真空チャンバ１１５の内側との間で圧力差を維持する目的で使用されている。従来、これらのシールは磁性流体シール（ｆｅｒｒｏ−ｆｌｕｉｄｉｃ ｓｅａｌ）であり、これはコストが高く保守が難しい。特に、シール内の磁性流体が、高出力ＡＣシステムにおいて発生する熱の影響を受ける。シールの損傷を防止するためには、水による冷却と高温の磁性流体とが必要となることがしばしばあり、このいずれによってもシールが大幅に複雑化してコストが増す。

次に図４を参照する。図４は、本発明の一つの実施形態によって構築されているターゲットアセンブリ２００を示している。このターゲットアセンブリ２００は、ターゲットバッキングチューブ２０５と、バッキング材料２１０と、隣接して配置されている円筒ターゲット部分２１５から成る非接着式ターゲット材料とを含んでいる。これらの構成要素のそれぞれについて以下に説明する。

ターゲットバッキングチューブ２０５は、この実施形態においては、熱伝導性のチューブと、チューブの両端に一つずつ配置されている二つのストッパ（２２０，２２５）とを含んでいる。一般的には、一つのストッパは固定されており、他方は取り外すことができる。しかしながら、実施形態によっては、両方のストッパが取り外し可能である、又は、両方のストッパが固定される。更に別の実施形態においては、一方のストッパにばねの張力がかかっており、これによって円筒ターゲット部分２１５が密着する。この構成の場合、スパッタリング工程に起因する熱負荷によって円筒ターゲット部分２１５が膨張しうるが、円筒ターゲット部分２１５それぞれの間に隙間は生じない。この方法によって、マグネトロンプラズマに起因してバッキング材料２１０が損傷することが防止される。更に、円筒ターゲット部分２１５の間の隙間を通じてバッキング材料２１０がスパッタリングされることがなく、コンタミネーションが防止される。

別の実施形態においては、ターゲットバッキングチューブ２０５は、非熱伝導性材料から作製されている。バッキング材料２１０は、ターゲットバッキングチューブ２０５の外周の上に配置することができる。バッキング材料２１０は、一般的には電気伝導性であり、非熱伝導性である。バッキング材料２１０が非熱伝導性であることが多いのは、ターゲットバッキングチューブ２０５の内側を流れる水に起因する円筒ターゲット部分２１５の接触冷却（ｃｏｎｔａｃｔ ｃｏｏｌｉｎｇ）の程度を低減又は排除するためである。多くのターゲット材料の場合、接触冷却を低減させることは、ターゲット材料の割れを防止する目的と、ノジュールの形成に抗する目的において重要である。

バッキング材料２１０には、グラファイトメッシュ（ｇｒａｐｈｉｔｅ ｍｅｓｈ）などのファイバーメッシュ（又はグラファイトなどの材料から成る紙）を、ターゲットバッキングチューブ２０５の長さだけ張り付けることができる。メッシュは、機械的又は化学的な固定手段によってバッキングチューブ２０５に固定することができる。これに代えて、メッシュは摩擦のみによって固定することができる。

別の実施形態においては、円筒ターゲット部分２１５の内面にバッキング材料２１０を直接張り付けることができる。例えば、円筒ターゲット部分２１５の内面にグラファイトメッシュを貼り付けることができる。この場合、各環をメッシュによって結合するか、又は、各環を個々のメッシュ部分によって隔てられたままにしておくことができる。

代表的なターゲット材料は、導電性セラミック酸化物のターゲットであり、例えば、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）、アルミニウム亜鉛酸化物などであり、ただしこれらに限定されない。これ以外のターゲット材料は、当業者には公知であろう。同様に、これらの材料の熱的特性と構造的特性は、当業者には公知である。

図４を参照すると、円筒ターゲット部分２１５は、ターゲットバッキングチューブ２０５に接着されていない。円筒ターゲット部分２１５をターゲットバッキングチューブに接着しないことによって、ターゲットの表面が十分に加熱され、表面領域全体をスパッタリングするためのターゲットの回転運動と併せて、円筒ターゲット部分２１５の表面上のノジュールの形成が大幅に低減又は排除される。

注目すべき更なる利点は、現在公知であるターゲットアセンブリでは、ターゲット材料がインジウムはんだ又はその他の合金によってバッキングチューブに接着されていることである。このことは、コストがかかり、工程時間が延び、いくつかの欠点を持つ。例えば、はんだ材料がターゲットの隙間の間に流れ出ることがあり、これによって、スパッタリングされる膜が汚れる。更に、これらの古いシステムにおけるはんだは分布が均一ではなく空隙が存在し、このためターゲットの小さな領域に大きな熱勾配が生じ、代表的には割れにつながる。しかしながら、本発明のこの実施形態の設計では、これらの欠点が軽減又は排除されている。

この実施形態の円筒ターゲット部分２１５には、少なくとも二種類の配置構成が存在し、すなわち、単一円筒体と、複数の隣接する円筒体である。単一円筒体の実施形態は、ターゲットバッキングチューブの長さにほぼ等しい単一の円筒体を含んでいる。しかしながら、他方の実施形態においては、円筒ターゲット部分２１５は、ターゲットバッキングチューブ２０５の外面の周囲に配置されているいくつかの個々の円筒体から成る。複数の円筒ターゲット部分２１５を使用することは、応力が集中せず、ターゲット材料の割れが防止されるため、有利である。

これらの複数の円筒ターゲット部分２１５は、一般的には、同じ材料から成り、側縁部が平たいため、互いに横方向に押しつけることができ、スパッタリングのための均一な外面が形成される。更に、平たい側縁部は、複数の円筒ターゲット部分２１５の間に隙間が開くことを防止し、ターゲット表面全体にわたり電流を均一に分布させるうえで役立つ。なお、複数の円筒ターゲット部分２１５の間の密着性（ｆｉｔ）を良好にする目的で、側縁部に角度をつけることができる。

別の実施形態においては、複数の円筒ターゲット部分２１５の側縁部に、舌と溝（ｔｏｎｇｕｅ ａｎｄ ｇｒｏｏｖｅ）の形状の輪郭を設けて、一つの円筒ターゲット部分２１５の舌が、隣接する円筒ターゲット部分２１５の溝と嵌まり合うようにすることができる。この方法では、プラズマによってターゲットバッキングチューブ２０５が直接攻撃されうる隙間が、ほとんど又は全く残らない。別の類似する構成を使用することもできる。

一方のストッパを取り外すことによって、円筒ターゲット部分２１５をターゲットバッキングチューブ２０５の上にすべらせることができる。ターゲット材料によっては熱膨張が生じるため、円筒ターゲット部分２１５とストッパ（２２０，２２５）の少なくとも一方との間に隙間を残すことができる。この隙間は、膨張に起因する円筒ターゲット部分２１５の割れを防止するうえで役立つ。この隙間は、ストッパ（２２０，２２５）と円筒ターゲット部分２１５の一つを係合させる圧縮性材料によって埋めることもできる。

本発明の一つの実施形態においては、バッキング材料２１０が省略されており、ターゲット部分２１５がターゲットバッキングチューブ２０５に直接接触している。ターゲットバッキングチューブ２０５と円筒ターゲット部分２１５との間の接触冷却を最小限にする目的で、ターゲットバッキングチューブ２０５の中の水の流れを減少させることができる。例えば、磁石がそのキュリー温度のすぐ下の温度で作用するポイントまで、水の流れを減少させることができる。別の実施形態においては、油など、水よりも沸点が高い特殊な冷却材を使用することができる。

次に、図５を参照すると、図５は、ターゲットアセンブリの一つの実施形態の断面図を示している。この断面図は、ターゲットバッキングチューブ２０５の上にぴったり密着している円筒ターゲット部分２１５を示している。円筒ターゲット部分２１５の実際にスパッタリングすることのできる材料は、ターゲットバッキングチューブ２０５に直接接触させることができる。

次に、図６を参照する。図６は、ターゲットアセンブリの別の実施形態の断面図を示しており、この実施形態では、円筒ターゲット部分２１５とターゲットバッキングチューブ２０５との間にメッシュが挿入されている。この実施形態では、電気伝導性が促進され、熱伝導性が制限される。

図７は、ターゲットアセンブリの更に別の実施形態の断面図である。この実施形態は、ターゲットバッキングチューブ２０５と円筒ターゲット部分２１５との間に位置しているターゲットスペーサ２３０を含んでいる。スペーサは、一般には、電気伝導性であり、熱伝導性は問わない。スペーサが熱伝導性である場合でも、スペーサによって隔てられることとスペーサの表面が小さいため、ターゲットバッキングチューブ２０５と円筒ターゲット部分２１５との間の著しい熱伝達は防止される。代表的なスペーサとして、金属ワイヤが挙げられる。

結論として、本発明は、特に、非接着式の回転ターゲットを提供する。本発明と、本発明の使用と、本発明の構成には、様々な変形形態と置き換えを適用して、本明細書に説明した実施形態によって達成されるものと実質的に同じ結果を達成できることが、当業者には容易に認識できるであろう。従って、本発明は、開示した模範的な形態に限定されないものとする。多数の変形形態、変更形態、及び代替構造が、請求項に記載されている開示されている本発明の範囲及び精神に含まれる。

１００…回転マグネトロンシステム、２００…ターゲットアセンブリ、２０５…ターゲットバッキングチューブ、２１０…バッキング材料、２１５…ターゲット部分、２３０…ターゲットスペーサ。

Claims (21)

1. 外面を有するターゲットバッキングチューブと、
   前記ターゲットバッキングチューブの前記外面と接触しており、熱伝導性材料からなるセパレータと、
   前記ターゲットバッキングチューブの周囲に位置しておりかつ前記セパレータと接触している１つ以上のターゲット円筒体であって、前記セパレータが、前記ターゲットバッキングチューブと前記１つ以上のターゲット円筒体との間に断熱領域を形成するように構成される、前記１つ以上のターゲット円筒体と、
   を備えている、スパッタリングシステム。
2. 前記セパレータが、ワイヤセパレータを含んでいる、請求項１に記載のスパッタリングシステム。
3. 前記１つ以上のターゲット円筒体が複数のターゲット円筒体であり、
   前記複数のターゲット円筒体の少なくとも二つが、
   舌と溝の結合システム、
   を備えている、請求項１に記載のスパッタリングシステム。
4. 前記ターゲットバッキングチューブに結合されているストッパ、
   を更に備えている、請求項１に記載のスパッタリングシステム。
5. 前記ストッパが、
   前記ストッパと前記１つ以上のターゲット円筒体の少なくとも一つとを係合するように構成されている引張ばね、
   を備えている、請求項４に記載のスパッタリングシステム。
6. 外面を有するターゲットバッキングチューブと、
   前記ターゲットバッキングチューブの前記外面と接触しているバッキング層であって、
   電気伝導性でありかつ非熱伝導性の層であるように構成され、熱伝導性材料からなる前記バッキング層と、
   前記ターゲットバッキングチューブの周囲に位置しておりかつ前記バッキング層と接触している１つ以上のターゲット円筒体と、
   を備えている、スパッタリングシステム。
7. 前記ターゲットバッキングチューブが、第１のストッパと第２のストッパとを備えている、請求項６に記載のスパッタリングシステム。
8. 前記１つ以上のターゲット円筒体が、前記１つ以上のターゲット円筒体の一つと前記第１のストッパとの間に隙間が存在するように配置されている、請求項７に記載のスパッタリングシステム。
9. 前記１つ以上のターゲット円筒体が複数のターゲット円筒体であり、
   前記複数のターゲット円筒体の少なくとも二つが、互いに押しつけることのできる平らな縁部を含んでいる、請求項６に記載のスパッタリングシステム。
10. 前記バッキング層がメッシュを含んでいる、請求項６に記載のスパッタリングシステム。
11. 前記バッキング層が金属メッシュを含んでいる、請求項１０に記載のスパッタリ
    ングシステム。
12. 前記バッキング層が、前記１つ以上のターゲット円筒体の少なくとも一つに取り付けられている、請求項６に記載のスパッタリングシステム。
13. 前記バッキング層が、前記１つ以上のターゲット円筒体の少なくとも一つに化学的に取り付けられている、請求項１２に記載のスパッタリングシステム。
14. 前記１つ以上のターゲット円筒体が、少なくとも部分的に酸化されている金属合金から成る、請求項６に記載のスパッタリングシステム。
15. 前記１つ以上のターゲット円筒体が、ＩＴＯから成る、請求項６に記載のスパッタリングシステム。
16. 外面を有するターゲットバッキングチューブと、
    前記ターゲットバッキングチューブの前記外面と接触しており、熱伝導性材料からなるセパレータと、
    前記ターゲットバッキングチューブの周囲に位置しておりかつ前記セパレータと接触している１つ以上のターゲット円筒体であって、前記セパレータが、前記ターゲットバッキングチューブと前記１つ以上のターゲット円筒体との間で電気伝導性でありかつ非熱伝導性であるように構成された、前記１つ以上のターゲット円筒体と、
    を備えている、スパッタリングシステム。
17. 前記セパレータが、ワイヤセパレータを含んでいる、請求項１６に記載のスパッタリングシステム。
18. 前記１つ以上のターゲット円筒体が複数のターゲット円筒体であり、
    前記複数のターゲット円筒体の少なくとも二つが、
    舌と溝の結合システム、
    を備えている、請求項１７に記載のスパッタリングシステム。
19. 前記ターゲットバッキングチューブに結合されているストッパ、
    を更に備えている、請求項１６に記載のスパッタリングシステム。
20. 前記ストッパが、
    前記ストッパと前記１つ以上のターゲット円筒体の少なくとも一つとを係合するように構成されている引張ばね、
    を備えている、請求項１９に記載のスパッタリングシステム。
21. 外面を有するターゲットバッキングチューブと、
    前記ターゲットバッキングチューブの前記外面と接触しており、熱伝導性材料からなるセパレータと、
    前記ターゲットバッキングチューブの周囲に位置しておりかつ前記セパレータと接触している１つ以上のターゲット円筒体であって、前記セパレータが、前記ターゲットバッキングチューブと前記１つ以上のターゲット円筒体との間に断熱領域を形成するように構成される、前記１つ以上のターゲット円筒体と、
    前記ターゲットバッキングチューブを回転させる駆動システムと、
    前記ターゲットバッキングチューブの内側に位置している磁石システムであって、高い効果のスパッタリングプラズマを維持するように構成されている、前記磁石システムと、
    前記ターゲットバッキングチューブと前記磁石システムとを冷却する冷却システムと、
    を備えている、スパッタリングシステム。

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